Á sviði háþróaðs-leiðandi plasts, litíum rafhlöðu rafskauta og háþróaðrar húðunar, hafa kolefnis nanórör (CNT) orðið ómissandi aukefni á nanóskala vegna framúrskarandi vélrænna og rafeiginleika. Hins vegar, meðan á raunverulegri vinnslu stendur, standa verkfræðingar oft frammi fyrir banvænum sársauka: hvað á að gera við ó-jafna dreifingu kolefnis nanóröra? Vegna ákaflega hás stærðarhlutfalls og sterkra -tube van der Waals krafta, eru CNTs mjög viðkvæmt fyrir því að flækjast í knippi og mynda þéttar þyrpingar. Þegar dreifing mistekst er ekki aðeins hægt að mynda skilvirkt þrívítt leiðandi net, heldur verða þyrpingarnar einnig streituþéttingarpunktar innan efnisins, sem leiðir til mikillar aukningar á staðbundnu viðnámi og stórkostlegrar lækkunar á vélrænni eiginleikum. Þessi grein mun greina djúpt undirliggjandi rökfræði dreifingarbilunar og veita hagnýtar verkfræðilegar lausnir.
1. Kjarnaorsök: Hvers vegna klessast kolefni nanórör alltaf saman?
Grunnorsök ó-jafnrar dreifingar kolefnisnanoröra liggur í mjög háu stærðarhlutfalli þeirra og óafturkræfri þéttingu sem stafar af sterkum van der Waals kröftum milli-röra.
Frá eðlisefnafræðilegu sjónarhorni er yfirborðsorka einstaks CNT afar mikil. Til að nálgast varmafræðilegan stöðugleika þéttist kerfið óhjákvæmilega til að draga úr yfirborðsorku. Viðeigandi bókmenntir benda á að tiltekið yfirborð fjöl-veggaðra kolefnis nanóröra sé venjulega á milli 200-400 m²/g. Þegar fjarlægðin milli röranna minnkar í um 0,34 nm getur van der Waals aðdráttaraflið náð nokkrum rafeindavoltum á nanómetra. Þetta aðdráttarafl er langt umfram skurðkraftinn sem hefðbundin vélræn hræring gefur, sem gerir það í grundvallaratriðum ómögulegt fyrir venjulegt blöndunarferli að aftengja þau. Að auki virka óumflýjanlegir gallar og formlaus kolefnisóhreinindi í CNT við myndun einnig sem "bindiefni", sem eykur myndun harðra þyrpinga.
2. Líkamleg vélræn af-samþjöppun: Hvernig á að velja klippi- og úthljóðsbúnað?
Líkamlega dreifingaraðferðin felur í sér að beita valdi inn orku með mikilli-þéttleika utan frá til að rjúfa efnislega flækjuna á milli röra, og er nauðsynleg leið til að ná bráðabirgðaeyðingu-.
Þegar þú stendur frammi fyrir vandanum um ó-jafna dreifingu kolefnisnanoröra er eðlisfræðilega aðferðin fyrsta skrefið. Algengar aðferðir eru meðal annars úthljóðsdreifing og hár-slípun. Ör-þota höggkrafturinn sem myndast við úthljóðskavitation getur náð hundruðum MPa, og í raun losað í sundur flækt CNT knippi. Þriggja-valsfræsing veitir aftur á móti mikinn skurðkraft með nákvæmri stillingu á rúllubili. Hins vegar er mikilvægt að vera meðvitaður um að óhófleg ultrasonication getur brotið CNTs, minnkað stærðarhlutfall þeirra og í staðinn veikt leiðandi og styrkjandi áhrif þeirra.
| Dreifingarbúnaður | Verkunarháttur | Skúf/orkuþéttleiki | Einstök meðferðartími | CNT brothætta | Gildandi kerfi |
|---|---|---|---|---|---|
| Probe Ultrasonicator | Kavitation ör-þotuáhrif | Extremely high (>1000 W/cm²) | 10-30 mín | High (aspect ratio loss >30%) | Lítil lota rannsóknarstofa slurries |
| Þriggja-rúllumylla | Vélrænn kreisti og klipping | High (linear speed difference >10 m/s) | 3-5 lotur | Miðlungs (mikil stjórnhæfni) | Hár-seigja plastefni/kísill |
| Háhraðadreifari- | Macroscopic convection og rif | Miðlungs-lágt | 60-120 mín | Mjög lágt | Lág-seigja forblöndun fyrir-lausn |
3. Efnafræðileg yfirborðsbreyting: Hvernig á að ná langtíma stöðugri dreifingu- án þess að setjast?
Efnafræðileg yfirborðsbreyting er kjarnaaðferðin til að hindra efri þéttingu kolefnisnanoröra og ná -stöðugri dreifingu til langs tíma.
Líkamleg dreifing er þvinguð af-þéttbýli. Þegar orkuinntak hættir munu CNTs fljótt gangast undir aukaflækju. Þess vegna liggur grundvallarlausnin á vandamálinu með ó-jafnri dreifingu kolefnisnanoröra í breytingum á yfirborði. Þessu er aðallega skipt í samgilda tengibreytingu og ó-samgild tengihúð. Þrátt fyrir að breyting á samgildum tengjum (eins og innleiðing á karboxýlhópum með oxun á blönduðum sýrum) geti bætt vatnssækni til muna, eyðileggur hún sp² blendinga samtengda uppbyggingu, sem veldur 20%-50% minnkun á innri leiðni. Ó-breyting á samgildum tengingum (svo sem að bæta við yfirborðsvirkum efnum SDS, SDBS eða fjölliða dreifiefnum) notar π-π stöflun eða sterísk hindrunaráhrif til að ná stöðugri dreifingu án þess að eyðileggja rörveggbygginguna.
| Breytingaraðferð | Verkunarháttur | Leiðni varðveisla | Dreifingarstöðugleiki (eftir 30 daga stand) | Kostnaðarhækkun | Flókið ferli | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Blönduð sýruoxun (samgild) | Kynnir -OH/-COOH vatnssækna hópa | 50%-70% | Frábært ( | Zeta möguleiki | >40 mV) | Lágt | Hátt (þarf að þvo í hlutlausan) |
| Yfirborðsvirkt efni (ekki-samgilt) | Dregur úr yfirborðsspennu / tvöföldu laga fráhrindingu | 80%-90% | Gott (hefst auðveldlega fyrir hita/pH) | Lágt | Lágt | ||
| Fjölliða dreifiefni (ekki-samgilt) | Sterísk hindrunar- og akkerishópar | 90%-98% | Frábært (nánast engin uppgjör) | Tiltölulega hátt | Miðlungs |
Gagnatilvísun: Leiðni- og stöðugleikaprófanir af Shandong Tanfeng New Material rannsóknarstofu fyrir mismunandi breytiefni í epoxý plastefniskerfum.
4. Kerfissamsvörun og límamyndun: Hvernig á að forðast að dreifa blindgötum frá upprunanum?
Að undirbúa CNTs í dreifða líma sem er mjög samhæft við niðurstreymis fylkið er ákjósanlegasta leiðin til að fara yfir þröskuld iðnaðarnotkunar.
Á raunverulegum framleiðslulínum er það algeng mistök að bæta CNT þurrdufti beint við fylkið og blanda saman sem leiðir til dreifingarbilunar. Leysir og kvoða með mismunandi skautun hafa mjög mismunandi bleytingarhæfileika fyrir CNT. Til dæmis, ó-skautuð PE/PP kvoða geta alls ekki bleyta skautað-breytt CNT. Þess vegna getur það bætt dreifingarskilvirkni meira en þrisvar sinnum með því að taka upp „for-dreifingaraðferð að -fyrirfram af-þeyta CNTs í tilteknum leysi eða einliða til að búa til há-þéttni masterlotu eða líma og þynna og blanda -.
5. Kostir beins framleiðendaframboðs: Hvernig leysir Shandong Tanfeng dreifingarerfiðleika iðnaðarins?
Að velja upprunaframleiðanda með-getu til að breyta á staðnum og fá beint-dreifðar vörur er fullkomin lausn til að draga úr prufu-og-kostnaði og tryggja stöðugleika lotunnar.
Frammi fyrir blönduðum gæðum CNT-vara á markaðnum, eru mörg fyrirtæki í aftanstreymi föst í mýrinni "það er ekki hægt að dreifa duftinu sem keypt er." Sem reyndur innlendur CNT framleiðandi grípur Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. inn í dreifingarhönnun frá myndun enda, með óbætanlegum kjarnakostum:
Í-Situ breytingatækni:Á stigi CVD nýmyndunar, með hvatastjórnun og fínstillingu hitastigssviðs, minnkar upphafsflækjukrafturinn milli röra, sem dregur í grundvallaratriðum úr hörðum þyrpingum. Ultrasonic dreifingartími er styttur um 40% samanborið við hefðbundið auglýsing duft.
Sérhannaðar límasafn:Shandong Tanfeng veitir ekki aðeins hágæða þurrduft heldur einnig ýmis for-dreifð deig, þar á meðal vatns-undirstaða, olíu-byggð (NMP/DMF) og plastefni-. Innihald mauksins á föstu formi er nákvæmlega stjórnanlegt, með stöðugri D90 kornastærð undir 5 μm og engin hörð sest eftir 6 mánaða stand.
Magngreind gæðaeftirlitstrygging:Með því að treysta á Shandong Province New Materials Laboratory vettvang, fylgir hverri lotu CNTs sem send er af Shandong Tanfeng TEM formgerð myndum, XRD hreinleikagreiningu og snúnings seigjuferlum, sem tryggir að lotu-til-viðnámssveifla sé<5%, providing downstream customers with a "ready-to-use" experience.
Niðurstaða
Farið aftur að upprunalegu spurningunni: hvað á að gera við ó-jafna dreifingu kolefnisnanoröra? Þetta er alls ekki einfalt vandamál sem hægt er að leysa með því að keyra aðeins fleiri blöndunartæki á verkstæðinu. Þetta er kerfisbundið verkfræðiverkefni sem felur í sér varmafræði, vökvafræði og yfirborðsefnafræði. Allt frá því að viðurkenna þéttingarkerfið, til að sameina eðlisfræðilega klippingu og efnafræðilega breytingu á eðlilegan hátt, til að kynna þroskað for-dreift líma - hvert skref krefst stuðnings vísindagagna. Þegar fjallað er um kolefnis nanórör, er ítarlegt samstarf við upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng, sem skilur forrit og getur útvegað sérsniðnar dreifingarlausnir, án efa flýtileiðin til að raunverulega leyfa nanóefnum að beita "nanoscale" skilvirkni sinni.